JP7047570B2 - ハイブリッド車両のトルク制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両のトルク制御装置に関する。
特許文献１には、走行用モータが搭載された電動車両において、車両が減速している最中に出力トルクの正負が切り替わると車両の伝達系のバックラッシュが発生するため、低速域において出力トルクの正負が切り替わる過程で調整トルクをモータに出力させて、伝達系のバックラッシュを抑制することが開示されている。
特開２０１７－８５６７９号公報
しかしながら、このような制御装置にあっては、ブレーキ解放時に回生を解除し、調整トルクをモータに出力させているため、バッテリの電力が不足している状態では、バッテリが過放電状態となる可能性があった。
そこで、本発明は、バッテリの充電状態を悪化させずに、伝達系にかかる負荷や振動を抑制することができるハイブリッド車両のトルク制御装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため本発明は、内燃機関及び電動機の駆動力を駆動輪と連結される駆動軸に伝達系を介して伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、アクセル開度に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値未満である場合、前記電動機に回生トルクを出力させる制御部を備え、前記制御部は、前記目標駆動トルクが正であり、かつ、正から負へ切り替わる所定の範囲内にある場合、前記回生トルクの出力を所定の期間に亘って停止させた後に、当該回生トルクの出力を開始するものである。
このように、本発明によれば、バッテリの充電状態を悪化させずに、伝達系にかかる負荷や振動を抑制することができる。
図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のブロック図である。 図２は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置の回生トルク停止処理の手順を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のバッテリのＳＯＣが目標ＳＯＣと等しい場合の回生トルク停止処理によるモータトルクの変化を示すタイムチャートである。 図４は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のバッテリのＳＯＣが目標ＳＯＣ未満の場合の回生トルク停止処理によるモータトルクの変化を示すタイムチャートである。 図５は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のバッテリのＳＯＣが目標ＳＯＣより大きい場合の回生トルク停止処理によるモータトルクの変化を示すタイムチャートである。
本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両のトルク制御装置は、内燃機関及び電動機の駆動力を駆動輪と連結される駆動軸に伝達系を介して伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、アクセル開度に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値未満である場合、電動機に回生トルクを出力させる制御部を備え、制御部は、目標駆動トルクが正から負へ切り替わる所定の範囲内にある場合、回生トルクの出力を所定の期間に亘って停止させた後に、回生トルクの出力を開始するよう構成されている。
これにより、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両のトルク制御装置は、バッテリの充電状態を悪化させずに、伝達系にかかる負荷や振動を抑制することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置を搭載したハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、トランスミッション３と、モータ４と、バッテリ５と、駆動輪６と、エンジン２を制御するＥＣＭ（Engine Control Module）７と、ハイブリッド車両１を総合的に制御する制御部としてのＨＣＵ（Hybrid Control Unit）８とを含んで構成される。
エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施例において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なうように構成されている。
エンジン２には、図示しない空調装置のコンプレッサ９が連結されている。コンプレッサ９は、ベルト２２などを介してエンジン２のクランクシャフト２１に連結されており、エンジン２のクランクシャフト２１から出力される動力によって駆動される。
トランスミッション３は、エンジン２から出力された回転を変速し、駆動軸６１を介して駆動輪６を駆動する。トランスミッション３は、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の図示しない変速機構と、図示しないアクチュエータとを備えている。
エンジン２とトランスミッション３の間には、乾式単板式のクラッチ３１が設けられており、クラッチ３１は、エンジン２とトランスミッション３との間の動力伝達を接続または切断する。
トランスミッション３は、いわゆるＡＭＴ（Automated Manual Transmission）として構成されており、図示しないアクチュエータにより変速機構における変速段の切換えとクラッチ３１の断接が行なわれる。
トランスミッション３と駆動輪６の間にはディファレンシャル機構３２が設けられている。ディファレンシャル機構３２と駆動輪６は駆動軸６１により連結されている。
モータ４は、ディファレンシャル機構３２に対して、チェーン等の減速機４１を介して連結されている。モータ４は、電動機として機能する。
バッテリ５は、例えばリチウムイオン蓄電池で構成されている。バッテリ５は、モータ４に電力を供給する。
バッテリ５には、バッテリ状態センサ５ａが設けられている。バッテリ状態センサ５ａは、バッテリ５の充放電電流、電圧及びバッテリ温度を検出する。バッテリ状態センサ５ａは、ＨＣＵ８に接続されている。ＨＣＵ８は、バッテリ状態センサ５ａの出力によりバッテリ５の充電状態（以下、「ＳＯＣ」という）を検知できるようになっている。
このように、ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータ４の両方の動力を車両の駆動に用いることが可能なパラレルハイブリッドシステムを構成しており、エンジン２及びモータ４の少なくとも一方が出力する動力により走行する。
エンジン２及びモータ４の駆動力は、クラッチ３１、トランスミッション３、ディファレンシャル機構３２、減速機４１からなる伝達系を介して駆動軸６１に伝達される。
モータ４は、発電機としても機能し、ハイブリッド車両１の走行によって発電を行う。なお、モータ４は、エンジン２から駆動輪６までの動力伝達経路の何れかの箇所に動力伝達可能に連結されていればよく、必ずしもディファレンシャル機構３２に連結される必要はない。
ＨＣＵ８は、例えば、モータ４を力行させるときには、バッテリ５が放電した直流電力を図示しないインバータにより交流電力に変換させてモータ４に供給する。一方、ＨＣＵ８は、モータ４を回生させるときには、モータ４が発電した交流電力をインバータにより直流電力に変換させてバッテリ５に充電する。
ＥＣＭ７及びＨＣＵ８は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
これらのコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＭ７及びＨＣＵ８としてそれぞれ機能させるためのプログラムが格納されている。
すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施例におけるＥＣＭ７及びＨＣＵ８としてそれぞれ機能する。
ハイブリッド車両１には、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ＬＡＮ（Local Area Network）を形成するためのＣＡＮ通信線１１が設けられている。
ＨＣＵ８は、ＥＣＭ７にＣＡＮ通信線１１によって接続されている。ＨＣＵ８及びＥＣＭ７は、ＣＡＮ通信線１１を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行なう。
ＥＣＭ７の入力ポートには、図示しないエンジン回転数センサを含む各種センサ類が接続されている。エンジン回転数センサは、エンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を検出する。
一方、ＥＣＭ７の出力ポートには、図示しないインジェクタを含む各種制御対象類が接続されている。インジェクタは、エンジン２に燃料を供給する。
ＥＣＭ７は、各種センサ類の情報や各種制御対象類の制御状態によりエンジン２の駆動状態を検知することができる。
ＨＣＵ８の入力ポートには、上述のバッテリ状態センサ５ａに加え、アクセル開度センサ８１、車速センサ８２等の各種センサ類が接続されている。
アクセル開度センサ８１は、図示しないアクセルペダルの開度を検出して、アクセル開度に応じた信号をＨＣＵ８に出力する。車速センサ８２は、ハイブリッド車両１の走行速度を検出し、車速に応じた信号をＨＣＵ８に出力する。
一方、ＨＣＵ８の出力ポートには、モータ４を含む各種制御対象類が接続されている。
本実施例において、ＨＣＵ８は、アクセル開度や車速などに基づいて、ドライバの要求する目標駆動トルクを算出する。ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが駆動輪６に出力されるようエンジン２やモータ４を制御する。
ＨＣＵ８は、ＥＣＭ７にトルク指令を送信し、ＥＣＭ７によりトルク指令に設定されたトルク値をエンジン２に出力させる。
ＨＣＵ８は、目標駆動トルクやバッテリ５のＳＯＣなどに基づいて、エンジン２に出力させるトルクやモータ４に出力させるトルクを算出する。
ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが所定値未満で、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣ未満である場合、モータ４に回生トルクを出力させる。
ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが所定値未満で、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣより大きい場合、モータ４に力行トルクを出力させる。
ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが所定値未満で、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣである場合、モータ４にトルクを出力させない。
ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが所定値未満で、エンジン２が起動状態で、正から負へ切り替わる所定の範囲内（ゼロを含む所定の範囲内）に目標駆動トルクがある場合、所定の期間に亘ってモータ４による回生トルクの出力を停止する。
ＨＣＵ８は、例えば、エンジン２が起動状態で、正から負へ切り替わる所定の範囲内（ゼロを含む所定の範囲内）に目標駆動トルクが入ってから所定の期間、モータ４による回生トルクの出力を停止する。
なお、上述の所定の期間は、駆動軸６１のトルクが正から負へ切り替わるために必要な時間が設定され、ハイブリッド車両１の車速が低いほど期間を長くするとよい。
また、ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが正から負へ切り替わる所定の範囲から出た場合、回生トルクの出力の停止を解除するようにしてもよい。
以上のように構成された本実施例に係るハイブリッド車両１のトルク制御装置による回生トルク停止処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する回生トルク停止処理は、ＨＣＵ８が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。
ステップＳ１において、ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが所定値未満か否かを判定する。目標駆動トルクが所定値未満ではないと判定した場合、ＨＣＵ８は、処理を終了する。
ステップＳ１において目標駆動トルクが所定値未満であると判定した場合、ステップＳ２において、ＨＣＵ８は、エンジン２が駆動状態か否かを判定する。エンジン２が駆動状態ではないと判定した場合、ＨＣＵ８は、処理を終了する。
エンジン２が駆動状態でない場合は、駆動軸６１のトルクの正負が切り替わるタイミングで、モータ４のトルクの正負も切り替わり、伝達系のギアの負荷や振動の程度が小さい為、回生トルクの停止を行なわない。回生トルクの停止を行なわないため回生可能な機会を増やすことができる。
ステップＳ２においてエンジン２が駆動状態であると判定した場合、ステップＳ３において、ＨＣＵ８は、目標駆動トルクが所定の範囲内か否かを判定する。目標駆動トルクが所定の範囲内にないと判定した場合、ＨＣＵ８は、処理を終了する。
ステップＳ３において目標駆動トルクが所定の範囲内と判定した場合、ステップＳ４において、ＨＣＵ８は、モータ４の出力トルクを停止させる。
モータ４の出力トルクを停止させているため、エンジン２の駆動トルクのみが駆動軸６１に伝達され、エンジン２の駆動トルクを以って伝達系のショックを抑制できるトルクに調整される。
ステップＳ５において、ＨＣＵ８は、モータ４の出力トルクを停止させてから所定期間が経過したか否かを判定する。モータ４の出力トルクを停止させてから所定期間が経過していないと判定した場合、ＨＣＵ８は、処理をステップＳ３に戻して繰り返す。
ステップＳ５においてモータ４の出力トルクを停止させてから所定期間が経過したと判定した場合、ステップＳ６において、ＨＣＵ８は、モータ４に回生トルクを出力させる。
このような回生トルク停止処理による動作について図３から図５を参照して説明する。図３は、バッテリ５のＳＯＣが上述の目標ＳＯＣと等しく、モータ４にトルクを出力させていない場合を示している。
図３に示すように、低・中速域で走行中のため目標駆動トルクが所定値未満であり、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣと等しく、モータ４にトルクを出力させていない状態で、時刻Ｔ１においてアクセル開度がオフにされると、目標駆動トルクが徐々に下げられる。
ここで、アクセル開度のオフは、アクセル開度が所定の閾値未満である場合にオフと判定される。所定の閾値は、アクセルが踏まれていないことが想定される（アクセル開度ゼロ近傍を含む）値であり、ハイブリッド車両１の車両状態としてはコースト状態を想定している。
時刻Ｔ２において、目標駆動トルクが正から負へ切り替わる所定の範囲に入ったことが検出されると、時刻Ｔ３において、モータ４への回生トルクの出力が停止される。
モータ４への回生トルクの出力が停止されるため、エンジン２の駆動トルクのみが駆動軸６１に伝達され、駆動軸６１のゼロトルク跨ぎがエンジン２のゼロトルク跨ぎと相似関係となるため、バックラッシュの歯打ち音やショックを抑制させることができる。
時刻Ｔ４において、目標駆動トルクが所定の範囲外になると、時刻Ｔ５において、モータ４への回生トルクの出力停止が解除され、時刻Ｔ６においてモータ４へ回生トルクが出力される。
図４は、バッテリ５のＳＯＣが上述の目標ＳＯＣ未満で、モータ４が回生トルクを出力している場合を示している。
図４に示すように、低・中速域で走行中のため目標駆動トルクが所定値未満であり、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣ未満で、モータ４に回生トルクを出力させている状態で、時刻Ｔ７においてアクセル開度がオフにされると、目標駆動トルクが徐々に下げられる。
時刻Ｔ８において、目標駆動トルクが正から負へ切り替わる所定の範囲に入ったことが検出されると、時刻Ｔ９において、モータ４への回生トルクの出力が停止される。
モータ４への回生トルクの出力が停止されるため、エンジン２の駆動トルクのみが駆動軸６１に伝達され、駆動軸６１のゼロトルク跨ぎがエンジン２のゼロトルク跨ぎと相似関係となるため、バックラッシュの歯打ち音やショックを抑制させることができる。
時刻Ｔ１０において、目標駆動トルクが所定の範囲から外れると、時刻Ｔ１１において、モータ４への回生トルクの出力停止が解除され、時刻Ｔ１２においてモータ４へ回生トルクが出力される。
図５は、バッテリ５のＳＯＣが上述の目標ＳＯＣより大きく、モータ４が力行トルクを出力している場合を示している。
図５に示すように、低・中速域で走行中のため目標駆動トルクが所定値未満であり、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣより大きく、モータ４に力行トルクを出力させている状態で、時刻Ｔ１３においてアクセル開度がオフにされると、目標駆動トルクが徐々に下げられる。
時刻Ｔ１４において、目標駆動トルクが正から負へ切り替わる所定の範囲に入ったことが検出されると、時刻Ｔ１５において、モータ４へのトルクの出力が停止される。
モータ４への回生トルクの出力が停止されるため、エンジン２の駆動トルクのみが駆動軸６１に伝達され、駆動軸６１のゼロトルク跨ぎがエンジン２のゼロトルク跨ぎと相似関係となるため、バックラッシュの歯打ち音やショックを抑制させることができる。
時刻Ｔ１６において、目標駆動トルクが所定の範囲から外れると、時刻Ｔ１７において、モータ４への回生トルクの出力停止が解除され、時刻Ｔ１８においてモータ４へ回生トルクが出力される。
なお、本実施例においては、目標駆動トルクとバッテリ５のＳＯＣに基づいてモータ４の出力するトルクを決定したが、アクセル開度とバッテリ５のＳＯＣや、車速とバッテリ５のＳＯＣに基づいてモータ４の出力するトルクを決定するようにしてもよい。
本実施例では、各種センサ情報に基づきＨＣＵ８が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
１ ハイブリッド車両
２ エンジン（内燃機関）
３ トランスミッション（伝達系）
４ モータ（電動機）
６ 駆動輪
８ ＨＣＵ（制御部）
１１ ＣＡＮ通信線
３１ クラッチ（伝達系）
３２ ディファレンシャル機構（伝達系）
４１ 減速機（伝達系）
６１ 駆動軸
８１ アクセル開度センサ
８２ 車速センサ

Claims (3)

  1. 内燃機関及び電動機の駆動力を駆動輪と連結される駆動軸に伝達系を介して伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、
    アクセル開度に基づいて設定される目標駆動トルクが所定値未満である場合、前記電動機に回生トルクを出力させる制御部を備え、
    前記制御部は、前記目標駆動トルクが正であり、かつ、正から負へ切り替わる所定の範囲内にある場合、前記回生トルクの出力を所定の期間に亘って停止させた後に、当該回生トルクの出力を開始するハイブリッド車両のトルク制御装置。
  2. 前記制御部は、前記目標駆動トルクを、前記アクセル開度と車速に基づいて設定する請求項１に記載のハイブリッド車両のトルク制御装置。
  3. 前記制御部は、前記車速が低車速であるほど前記所定の期間の長さをより長く設定する請求項２に記載のハイブリッド車両のトルク制御装置。
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